DE4110080C2 - Titel: Kugelhahn I - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit einem aus zwei Tei­ len zusammengesetzten Gehäuse, einem im Gehäuse gelagerten Ku­ gelküken, einer in einer Bohrung des Gehäuses gelagerten und an ihrem oberen Ende mit einem Vierkant für ein Stellglied ver­ sehenen Antriebsspindel für das Kugelküken, die an ihrem unte­ ren Ende eine Ringnut zum Einsetzen von zwei Halbringen und einen abgeflachten, bogenförmigen Zapfen zum Eingriff in einen bogenförmigen Schlitz im Kugelküken besitzt, und mit unter Vor­ spannung von im Gehäuse angeordneten, ringförmigen Federele­ menten stehenden Dichtungen zur Abdichtung der Antriebsspin­ del und des Kugelkükens.

In der Industrie, insbesondere in der chemischen Prozeßtechnik, werden Medien in Rohrleitungen transportiert, wobei diese un­ terschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind. Zum Absperren oder zum Regeln des Durchsatzes werden in den Rohr­ leitungen Absperr- oder Regelorgane eingesetzt, die den Be­ triebsbedingungen und den geforderten Funktionen genügen müs­ sen, damit die Sicherheit der Umwelt gewährleistet ist. Die Dichtungen für die Antriebsspindel und das Kugelküken müssen im geschlossenen Zustand des Kugelhahns bei dem jeweils vor­ handenen Druck des Mediums einen absolut dichten Abschluß er­ geben, auch bei beliebigen Temperaturunterschieden. Die Tem­ peraturabhängigkeit und der Verschleiß des Dichtungsmaterials wirken sich mit der Zeit nachteilig auf die Abdichtungsfähig­ keit aus und führen zu einem ungleichförmigen Drehmoment beim Drehen der Antriebsspindel. Um diese Nachteile zu unterbinden, werden bei dem Kugelhahn nach dem DE-GM 70 01 833 die Ring­ dichtungen mittels ringförmiger Federelemente (Tellerfedern) gegen das Gehäuse des Kugelhahns abgestützt, 50 daß die Dich­ tungen unter Vorspannung stehen. Damit der Kugelhahn in einem großen Temperaturbereich von -200°C bis +600°C und einem Druck­ bereich von 0 bis 450 bar betrieben werden kann, ist es erfor­ derlich, verschiedene Dichtungswerkstoffe einzusetzen.

Eine Axialsicherung der Antriebsspindel eines Kugelhahns mit einem mehrteiligen Gehäuse ist bereits nach der FR-OS 24 02 144 bekannt. Bei diesem Kugelhahn ist das kükenseitige Ende der Antriebsspindel abgeflacht und an seiner Stirnseite bogenartig nach außen gewölbt zum Eingriff in einen Küken­ schlitz mit zur Spindelstirnseite komplementärem Schlitz­ grund. In eine Ringnut der Antriebsspindel werden zwei Halb­ ringe eingesetzt, die ein Ausblasen der Spindel verhindern. Dieser Kugelhahn weist weder Gleitlager für die Antriebsspindel noch einen Winkelring für zwei zur Abstützung einer Antriebs­ spindel dienende Halbringe auf. Das Fehlen eines axialen Gleitlagers und radialen Gleitlager hat zur Folge, daß die Funktionsfähigkeit der Antriebsspindel des bekannten Kugel­ hahns bereits nach vergleichsweise wenigen Betätigungszy­ klen durch unerwünschte Reibung erheblich nachlassen und zum Fressen der Halbringe 22 mit dem Vorsprung 23 des Gehäuse 1 führen kann.

Der in der EP-PS 0 130 841 beschriebene Kugelhahn besitzt zwar eine Antriebsspindel mit Gewinde und Gewindering sowie Tellerfedern, die über eine Stopfbuchsenbrille auf eine Stopf­ buchse drücken. Es fehlen jedoch die beiden Halbringe mit Win­ kelring und die beiden Gleitlager für die Antriebsspindel.

Bei dem Hahn nach der FR-OS 24 68 818 handelt es sich nicht um einen Kugelhahn. Die Bohrung besitzt im Gehäuse zur Auf­ nahme der Antriebsspindel nur drei Abschnitte für die Unter­ bringung der Spindelteile und nicht vier Abschnitte wie beim erfindungsgemäßen Hahn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Kugel­ hahn weiter zu verbessern, so daß eine einwandfreie radiale und axiale Lagerung der Antriebsspindel und eine gute Abdich­ tung der Spindel gewährleistet sind. Die Antriebsspindel für das Kugelküken soll so ausgebildet werden, daß der gegensei­ tige Austausch der aus verschiedenen Werkstoffen hergestell­ ten Dichtungen auf einfache Weise, ohne viel Arbeitsaufwand erfolgen kann. Ferner soll der Einbau einer relativ langen Antriebsspindel von außen ermöglicht werden. Bei dem erfin­ dungsgemäßen Kugelhahn sollen die Voraussetzungen für eine hohe Betriebssicherheit erfüllt werden. Dies wird gemäß der Erfindung auf vorteilhafte Weise dadurch erreicht, daß die Antriebsspindel in zwei in der Gehäusebohrung angeordneten Gleitlagern gelagert ist und in ihrem oberen Bereich ein Ge­ winde für einen Gewindering aufweist, der das Widerlager für eine Tellerfeder bildet, und daß die zwei in die Ringnut der Antriebsspindel eingesetzten Halbringe in die Aussparung eines in der Gehäusebohrung befindlichen Winkelringes eingreifen, der durch das untere Gleitlager und durch die beiden Halbringe in seiner Lage gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Antriebsspindel hat den Vorteil, daß sie bei einem Betriebsdruck von 0 bis 450 bar und bei einer Be­ triebstemperatur von -200°C bis +600°C einwandfrei funktioniert, wenn die für die Dichtungen verwendeten Werkstoffe für die je­ weils herrschenden Betriebsverhältnisse geeignet sind, und daß sie sich nach Trennung der beiden Gehäuseteile des Kugelhahns und Entfernen des Gewinderinges sowie der beiden Halbringe leicht und schnell aus- und einbauen läßt, damit die Dichtun­ gen ausgewechselt werden können. Es ist auch die Verwendung verschieden langer Antriebsspindeln möglich, um zum Schutz des Stellgliedes vor zu starker Erwärmung ein ausreichendes Tempe­ raturgefälle zu erzielen. Durch die beiden Halbringe wird ein Herausschleudern (Ausblasen) der Spindel durch den im Gehäuse herrschenden Innendruck wirksam verhindert, und zwar auch dann, wenn die Befestigungsschrauben des Gehäuses oder andere kon­ struktiv erforderliche Schrauben etwas gelöst wurden.

Der obere Teil des Winkelringes bildet eine Gleitfläche für die beiden Halbringe, so daß die beiden ringförmigen Keildichtungen für die Antriebsspindel, die an dem in die Gehäusebohrung hin­ einragenden Vorsprung anliegen, gegen eine axiale Verschiebung gesichert sind. Die beiden Gleitlager sorgen für eine einwand­ freie radiale Lagerung der Antriebsspindel. Durch die einwand­ freie radiale und axiale Lagerung in Verbindung mit der von dem Gewindering über die Tellerfeder aufgebrachten Vorspannung ist eine gute Abdichtung der Antriebsspindel möglich. Die Ver­ wendung von zwei Gleitlagern ermöglicht auch den Einbau einer relativ langen Antriebsspindel von außen. Bei dem erfindungs­ gemäßen Kugelhahn sind also die Voraussetzungen für eine hohe Betriebssicherheit erfüllt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Gehäusebohrung zur Aufnahme der Antriebsspindel vier Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, wobei der erste oder obere Abschnitt den größten Durchmesser und der dritte, einen Vorsprung bildende Abschnitt fast den glei­ chen Durchmesser wie der Außendurchmesser der Antriebsspindel besitzt, während der zweite und vierte Abschnitt den gleichen Innendurchmesser haben, der größer als der Außendurchmesser der Antriebsspindel, aber kleiner als der Innendurchmesser des ersten Abschnittes ist. In den vier Abschnitten sind die Ein­ zelteile für die Antriebsspindel untergebracht, wie dies aus den Unteransprüchen 3 bis 7 hervorgeht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigten:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kugelhahn mit schwim­ mender Kugel in Offenstellung, dessen Antriebs­ spindel in zwei Gleitlagern gelagert ist,

Fig. 2 eine weitere Möglichkeit für die Anordnung der Dichtung für die Antriebsspindel des Kugelhahns nach Fig. 1 und

Fig. 3 den Kugelhahn nach Fig. 1 mit dem Kugelküken in Schließstellung.

Der Kugelhahn besteht aus dem Gehäuse 1, der Antriebsspindel 2 mit den beiden Ineinandergesteckten, ringförmigen Keildichtun­ gen 3 und 4 sowie dem eine Durchflußbohrung 5 aufweisenden Ku­ gelküken 6 mit den beiden ringförmigen Dichtungen 7 und 8. Das Gehäuse 1 wird von zwei Gehäuseteilen 10 und 11 gebildet, die durch Schrauben 14 und 15 zusammengehalten werden und Flansche 16 und 17 zum Anschluß der Rohrleitungen aufweisen. Eine Ring­ dichtung 18 dient zur Abdichtung der beiden Gehäuseteile 10 und 11. Die Antriebsspindel 2 besitzt an ihrem oberen Ende einen Vierkant 19 für ein Stellglied und ein Gewinde 20 für den Gewindering 21. Am unteren Ende der Antriebsspindel 2 befindet sich ein abgeflachter, bogenförmiger Zapfen 22, der in einen bo­ genförmigen Schlitz 23 des Kugelkükens 6 eingreift. Die Gehäuse­ bohrung 24 für die Antriebsspindel 2 besitzt vier Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser. Den größten Durchmesser hat der erste oder obere Abschnitt, während der zweite und vierte Abschnitt gleiche Innendurchmesser aufweisen. Der Durchmesser des dritten Abschnittes entspricht etwa dem Außendurchmesser der Antriebsspindel 2. Der dritte Abschnitt hat damit den klein­ sten Innendurchmesser von den vier Abschnitten. Im ersten Ab­ schnitt befindet sich der Gewindering 21, der auf eine Tellerfe­ der 25 einwirkt. Die Tellerfeder 25 stützt sich auf einem Stahl­ ring 26 ab, der im zweiten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 an­ geordnet ist und in den ersten Abschnitt hineinragt. Die Lage­ rung der Antriebsspindel 2 erfolgt in zwei Gleitlagern 30 und 31 im zweiten und vierten Abschnitt der Gehäusebohrung 24. Das Gleitlager 30 stützt sich auf dem einen Vorsprung 32 bildenden dritten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 ab. Unter dem Vorsprung 32 befinden sich im vierten Abschnitt die beiden Ineinanderge­ steckten, ringförmigen Keildichtungen 3 und 4 für die Antriebs­ spindel 2. Die Keildichtungen 3 und 4 sitzen auf dem Gleitla­ ger 31, das seinerseits von einem Winkelring 35 in seiner Lage gehalten wird. In den Winkelring 35 greifen die Halbringe 36 und 37 ein, die in eine Nut 38 am unteren Ende der Antriebs­ spindel 2 eingesetzt sind. Die Halbringe 36 und 37 verhindern, daß die Spindel 2 durch den im Kugelbahngehäuse 1 herrschenden Innendruck nach außen aus der Gehäusebohrung 24 herausgedrückt wird und bilden das Gegenlager für den im ersten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 auf das Gewinde 20 der Antriebsspindel 2 auf­ geschraubten Gewindering 21, so daß mit dem Gewindering 21 der Druck auf die beiden Keildichtungen 3 und 4 den jeweils ge­ stellten Anforderungen angepaßt werden kann.

Die Spindelanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß sich die beiden Keildichtungen 3 und 4 im zweiten Abschnitt der Gehäusebohrung 40 oberhalb des Vorsprungs 41 befinden.

Für die ringförmigen Dichtungen 7 und 8 zum Abdichten des Ku­ gelkükens 6 sind in die Gehäuseteile 10 und 11 Nuten 45 und 46 eingearbeitet. In der Nut 46 befindet sich außer der Dichtung 8 noch ein Druckring 47 und eine Tellerfeder 48, auf die ein in die Durchflußbohrung 44 eingeschraubter Gewindering 49 einwirkt. Die Berührungsflächen 50 zwischen Dichtung 8 und Druckring 47 verlaufen schräg, um eine Keilwirkung zu erzeugen, die für eine gute Abdichtung zwischen Kugelküken 6 und Gehäuse 1 sorgt. Mit Hilfe des Gewinderinges 49 kann der durch die Tellerfeder 48 auf die Dichtungen 7 und 8 ausgeübte Druck und damit die Ab­ dichtung zwischen Kugelküken 6 und Gehäuse 1 einreguliert werden.

Zum Auswechseln der Dichtungen 3 und 4 wird zuerst das Kugelkü­ ken 6 des Kugelhahns in die Schließstellung gedreht, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Danach wird durch Herausdrehen des Gewinderinges 49 aus der Durchflußbohrung 44 die Tellerfeder 48 entspannt und anschließend werden die beiden Schrauben 14 und 15 gelöst, so daß das Gehäuseteil 11 mit der Dichtung 8 ent­ fernt werden kann. Durch den gewölbten Schlitz 23 und die ge­ wölbte untere Seite des Zapfens 22 ist es möglich, das Kugel­ küken 6 aus dem Gehäuseteil 11 herauszuschwenken und aus diesem zu entfernen. Die Antriebsspindel 2 wird nach Abschrauben des Gewinderinges 21 etwas in die Gehäusebohrung 24 bzw. 40 hinein­ geschoben, bis die beiden Halteringe 36 und 37 aus der Nut 38 der Antriebsspindel 2 herausgezogen werden können. Anschließend läßt sich die Spindel 2 nach oben aus der Gewindebohrung 24 bzw. 40 herausziehen, so daß die Keildichtungen 3 und 4 ausgewech­ selt werden können. Der Zusammenbau des Kugelhahnes erfolgt in umgekehrter Weise wie die Demontage.

Claims (7)

1. Kugelhahn mit einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Ge­ häuse, einem im Gehäuse gelagerten Kugelküken, einer in ei­ ner Bohrung des Gehäuses gelagerten und an ihrem oberen En­ de mit einem Vierkant für ein Stellglied versehenen Antriebs­ spindel für das Kugelküken, die an ihrem unteren Ende eine Ringnut zum Einsetzen von zwei Halbringen und einen abge­ flachten, bogenförmigen Zapfen zum Eingriff in einen bogen­ förmigen Schlitz im Kugelküken besitzt, und mit unter Vor­ spannung von im Gehäuse angeordneten, ringförmigen Feder­ elementen stehenden Dichtungen zur Abdichtung der Antriebs­ spindel und des Kugelkükens, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebsspindel (2) in zwei in der Gehäusebohrung (24) angeordneten Gleitlagern (30, 31) gelagert ist und in ihrem oberen Bereich ein Gewinde (20) für einen Gewindering (21) aufweist, der das Widerlager für eine Tellerfeder (25) bildet, und daß die zwei in die Ring­ nut (38) der Antriebsspindel (2) eingesetzten Halbringe (36, 37) in die Aussparung eines in der Gehäusebohrung (24) be­ findlichen Winkelringes (35) eingreifen, der durch das un­ tere Gleitlager (31) und durch die beiden Halbringe (36, 37) in seiner Lage gehalten wird.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gehäusebohrung (24) zur Aufnahme der Antriebsspindel (2) vier Abschnitte mit unter­ schiedlichem Durchmesser aufweist, wobei der erste oder obere Abschnitt den größten Durchmesser und der dritte, ei­ nen Vorsprung (32) bildende Abschnitt fast den gleichen Durchmesser wie den Außendurchmesser der Antriebsspindel (2) besitzt, während der zweite und vierte Abschnitt glei­ chen Innendurchmesser haben, der größer als der Außendurch­ messer der Antriebsspindel (2) aber kleiner als der Innen­ durchmesser des ersten Abschnittes ist.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im ersten Abschnitt der Ge­ häusebohrung (24) der Gewindering (21) und die Tellerfeder (25) angeordnet sind, wobei mit dem Gewindering (21) der auf zwei ineinandergesteckte, ringförmige Keildichtungen (3, 4) für die Antriebsspindel (2) ausgeübte Druck einstell­ bar ist.

4. Kugelhahn nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Ringraum des zweiten Ab­ schnittes außer einem in den ersten Abschnitt hineinragen­ den Stahlring (26) für die Auflage der Tellerfeder (25) auch das obere Gleitlager (30) angeordnet ist, das sich am Vorsprung (32) des dritten Abschnittes abstützt (Fig. 1).

5. Kugelhahn nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Ringraum des vierten Ab­ schnittes die zwei ineinandergesteckten Keildichtungen (3, 4), das untere Gleitlager (31) und der Winkelring (35) mit den beiden Halbringen (36, 37) angeordnet sind, so daß sich die Antriebsspindel (2) über die beiden Halbringe (36, 37), den Winkelring (35), das untere Gleitlager (31) und die beiden ineinandergesteckten Keildichtungen (3, 4) an dem Vorsprung (32) des dritten Abschnittes abstützt (Fig. 1).

6. Kugelhahn nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Ringraum des zweiten Ab­ schnittes ein in den ersten Abschnitt hineinragender Stahl­ ring (26) für die Auflage der Tellerfeder (25), das obere Gleitlager (30) und die zwei ineinandergesteckten Keildich­ tungen (3, 4) angeordnet sind, die sich an dem Vorsprung (41) des dritten Abschnittes abstützen (Fig. 2).

7. Kugelhahn nach Anspruch 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum des vierten Abschnittes das untere Gleitlager (31) und der Winkelring (35) mit den beiden Halbringen (36, 37) angeordnet sind, so daß sich die Antriebsspindel (2) über die beiden Halb­ ringe (36, 37), den Winkelring (35) und das Gleitlager (31) an dem Vorsprung (41) des dritten Abschnittes abstützt (Fig. 2).